Все науки. №4, 2022
Международный научный журнал

Авторы: Алиев Ибратжон Хатамович, Каримов Боходир Хошимович, Эргашев Абдурасул Абдусолиевич, Юнусов Бахтиёржон Бахромович, Мухторов Фаррух Мухаммадович, Мирзажонов Махмуд Ахмедович, Арипова Сайёра Боходировна, Шарофутдинов Фаррух Муроджонович, Жалолов Ботирали Рустамович, Каримов Шерзод Боходирович, Хасанов Авазбек Шаробиддинович, Садиев Бурхон Боходирович, Ахмаджонов Акмаль Азамжонович, Каримбердиев Бобур Набиевич, Рахимова Муштарий Тимуровна

Главный редактор, ответственный за пуск журнала, генеральный директор OOO "Electron Laboratory" и Президент Научной школы "Электрон" Ибратжон Хатамович Алиев

Редактор, кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета, ответственный за финальную модерацию и рецензирование статей, Научный руководитель и академик Научной школы "Электрон" Боходир Хошимович Каримов

Редактор, экономический профессор Научной школы "Электрон", соискатель в области экономических наук, экономический консультант Научной школы "Электрон", владелец компании-инвестора "Clipper Energy" Company Ботирали Рустамович Жалолов

Редактор, главный учёный секретарь Научной школы "Электрон", соискатель в области экономических наук, экономический руководитель проекта "Электрон" Фаррух Муроджонович Шарофутдинов

Редактор, доктор технических наук, доцент института полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Узбекистана Оббосхон Хокимович Кулдошев

Редактор, старший научный сотрудник, заведующий Лабораторией ускорительной техники при Научно-исследовательском институте полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Узбекистана Ринад Фуадович Руми

Редактор, доктор физико-математических наук, профессор физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Салим Мадрахимович Отажонов

Редактор, доктор философии по техническим наукам (PhD), декан физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Шароф Шухратович Шухратов

Редактор, кандидат физико-математических наук, декан факультета математики-информатики Ферганского Государственного Университета Иброхимжон Усмоналиевич Хайдаров

Редактор, кандидат физико-математических наук, доцент факультета систем компьютерного проектирования Ферганского Политехнического Института Султонали Мукарамович Абдурахмонов

Редактор, кандидат технических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Якуб Усмонович Усмонов

Редактор, кандидат биологических наук, доцент факультета естественный наук Ферганского Государственного Университета Музаффар Авлияхонович Мухаммадиев

Редактор, кандидат педагогических наук, доцент кафедры "Информационно-образовательных технологий" Ферганского филиала Ташкентского Университета Информационных Технологий имени Мухаммада Аль-Хорезми Иномжон Уктамович Билолов

Редактор, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры информационных технологий Ферганского Государственного Университета Тохир Халимович Тожиев

Редактор, доктор философии по физико-математическим наукам (PhD), старший преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Сапура Маликовна Зайнолобидинова

Редактор, преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Дилшод Кулдошалиевич Юлдошалиев

Редактор, преподаватель факультета математики-информатики Ферганского Государственного Университета Сайёра Саидакбаровна Кукиева

Редактор, преподаватель факультета математики-информатики Ферганского Государственного Университета Наргиза Саидакбаровна Икромова

Редактор, преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Нодир Эсоналиевич Алимов

Редактор, преподаватель физико-технического факультета Ахлиддин Мирзохидович Кучкоров

Иллюстратор Ибратжон Хатамович Алиев

Дизайнер обложки Ибратжон Хатамович Алиев

Дизайнер обложки Боходир Хошимович Каримов

Корректор Ибратжон Хатамович Алиев

Корректор Боходир Хошимович Каримов

Иллюстратор Боходир Хошимович Каримов

Фотограф Ибратжон Хатамович Алиев

Фотограф Боходир Хошимович Каримов

© Ибратжон Хатамович Алиев, 2023

© Боходир Хошимович Каримов, 2023

© Абдурасул Абдусолиевич Эргашев, 2023

© Бахтиёржон Бахромович Юнусов, 2023

© Фаррух Мухаммадович Мухторов, 2023

© Махмуд Ахмедович Мирзажонов, 2023

© Сайёра Боходировна Арипова, 2023

© Фаррух Муроджонович Шарофутдинов, 2023

© Ботирали Рустамович Жалолов, 2023

© Шерзод Боходирович Каримов, 2023

© Авазбек Шаробиддинович Хасанов, 2023

© Бурхон Боходирович Садиев, 2023

© Акмаль Азамжонович Ахмаджонов, 2023

© Бобур Набиевич Каримбердиев, 2023

© Муштарий Тимуровна Рахимова, 2023

© Ибратжон Хатамович Алиев, иллюстрации, 2023

© Ибратжон Хатамович Алиев, дизайн обложки, 2023

© Боходир Хошимович Каримов, дизайн обложки, 2023

© Боходир Хошимович Каримов, иллюстрации, 2023

© Ибратжон Хатамович Алиев, фотографии, 2023

© Боходир Хошимович Каримов, фотографии, 2023

ISBN 978-5-0056-8657-2 (т. 4)

ISBN 978-5-0056-4671-2

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Посвящается великому учёному Хошимжону Худойбердиевичу Каримову

Наука – это организованные знания, мудрость – это организованная жизнь.

Эммануил Кант

Наука выигрывает, когда её крылья раскованы фантазией.

Майкл Фарадей

Хошимжон Худойбердиевич Каримов

Доцент Хошим Худойбердиевич Каримов родился 1 января 1914 года в городе Фергане. В 1940-м году успешно поступил на 1 курс Ферганского педагогического института. А в 1944 году завершил Ферганский государственный педагогический институт и получил квалификацию преподавателя педагога по физическим наукам. А уже в 1945 году был принят на должность преподавателя Ферганского Государственного педагогического института.

С 17 апреля 1962 года активно работал на должности заведующего кафедрой «Физики». С 21 декабря 1971 года по 7 июля 1986 года осуществлял свою деятельность на должности доцента кафедры «Физики» Ферганского Государственного педагогического института.

Х. Х. Каримов в течении своей деятельности работал над созданием электротехнической лаборатории и осуществлял целый ряд самых различных экспериментов, результаты которых активно внедрял в производственную практику.

Хошим Худойбердиевич является гениальным экспериментатором, а также коллегой знаменитого учёного Сигалова – учёного-теоретика, который и разработал математический аппарат одноимённого эффекта, когда же экспериментальное подтверждение стоит именно за Хошимом Худойбердиевичем. Об этом свидетельствуют такие вырезки из большого количества газет, трубивших на весь мир весть о потрясающем открытии Ферганских физиков:

«Невероятные научные открытия и технические революции так часто потрясали наш век, что мы потеряли способность чему-либо удивляться. Однако в лихорадочно пополняющейся кладовой знаний остаются залы, где царит благо-веянная тишина, там господствуют аксиомы Евклида, законы Ампера, механика Ньютона и теория относительности Эйнштейна. В этом царстве исходных идей и постулатов особенно бережно сохраняется раздел электродинамики, заложенный великими строителями физики: Ампером, Фарадеем, Максвеллом и т. д.

Правильность и безукоризненность идей подтверждена почти полуторавековой практикой человечества. Тем фантастичнее и невероятнее открытие Ферганский физиков. Тем больше оснований считать это открытие подлинной научной сенсацией… И разговаривая с изобретателями, разбираясь в гениально простом механизме нового физического явления, невозможно не удивляться в наличии и возможности такого уникального исследования».

Сам эффект основан на том, что по закону Ампера только в замкнутой цепи может течь ток, но Хошим Худойбердиевич Каримов, Рафаэль Григорьевич Сигалов и другие великие учёные смогли продемонстрировать ситуацию, когда цепь, по сути, была разорвана, но действие электрических полей в разомкнутой точке оказывало воздействие на раму между ними. Это способствовало наличию потока электрического тока даже без соприкосновения, а благодаря нахождению системы в воздухе – превосходном диэлектрике, можно было считать наличие вакуума вокруг цепи. Для доказательства данного эффекта и получения результатов было проведено более 200 опытов и экспериментов.

Данная работа была величайшим вкладом и делом всей жизни гениального учёного Каримова как в электродинамику, так и всю физическую науку в целом.

Великий учёный покинул этот мир 28 мая 1999 года.

Боходир Хошимович Каримов

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО ВАКУУМА

Каримов Боходир Хошимович

Кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета; Научный руководитель OOO «Electron Laboratory»
OOO «Electron Laboratory», Узбекистан

Ферганский Государственный Университет, Узбекистан

Аннотация. Получение вакуума в ускорительной системе для её дальнейшего использования и проведения экспериментов, но также важно наличие доказательства существования этого вакуума и знание его уровня в численном соотношение. Обычные вакуумметры – манометры, недостаточно чувствительны для измерения высокого вакуума, по этой причине и были разработаны более совершенные вакуумметры.

Ключевые слова: вакуумметр, ионы, ускорители заряженных частиц, преобразователи, вакуумные системы.

Annotation. Obtaining a vacuum in an accelerator system for its further use and conducting experiments, but it is also important to have proof of the existence of this vacuum and knowledge of its level in numerical terms. Conventional vacuum gauges, pressure gauges, are not sensitive enough to measure high vacuum, for this reason, more advanced vacuum meters have been developed.

Keywords: vacuum meter, ions, charged particle accelerators, converters, vacuum systems.

Подобный вакуумметр состоит из удлинённой металлической нити-катода, а также обвитого вокруг него по спирали металлического анода, напряжение между, которыми составляет + (100—200) В, соединённый при помощи первого конденсатора. А за анодом находиться окружающий вокруг плотный металлический коллектор, который относительно катода при помощи второго составляет -50 В. Электроны вылетая из раскалённого катода проходят в сторону анода, при этом ионизируя ионы, которые направляются уже к коллектору.

Количество и общий заряд ионов воздуха на коллекторе, позволяет определить концентрацию молекул, это уже позволяет рассчитать и давление, по (1).

Для увеличения эффективности измерений и чувствительности прибора при этом также целесообразно применять магнитные поля, которые заставляя двигаться потоки электронов по спирали усиливают процесс ионизации в разы, делая устройство гораздо чувствительнее.

При доведении же разности потенциалов между анодом и катодом до 2,5 кВ, сохраняя ту же пропорцию между остальными точками, позволяет установить диапазон значений, при измерении, манометрического преобразователя от 1 до 10—7 Па, подобно преобразователю ПММ-32-1.

Преобразователь ПММ-32-1

Также исследуя вопросы относительно вакуума, важно исследовать и вопрос определения течи, если таковые имеются в конструкции. Разумеется, обычные способы не позволят определить микроскопические течи, которые тем не менее не будут позволять достигать высокого уровня вакуума из-за большой силы внешнего атмосферного давления, вводящий инородные молекулы.

При поиске подобных течей, эффективно использование магнитных масс-спектрометров, соединяя их с сосудом ускорителя. Вводиться снаружи инородный, пробный газ, гелий, который является также инертным – не входящим в реакцию с иными веществами.

Этот газ засасывается в систему, ведя за собой иные молекулы, если таковые имеются, из-за того, что массы разных атомов и ионов разные, то попадая в магнитное поле, их радиус будет разным, что позволит определять вид введённой частицы. При этом константу m/q для него нужно настроить по (2).

Где, в качестве отношения имеется атомная масса гелия к его заряду, что позволяет определить радиус, а также напряжение и при отклонении от расчётного показателя, можно определить наличие или отсутствие течи, а также рассчитать её примерное местоположение.

Таким образом на этом и завершаются вопросы исследования вакуумных технологий, которые, конечно, не завершаются и являются отдельной наукой, останавливающаяся на вопросах поиска соответствующих материалов для ускорителя, откачки воздуха и получения самого вакуума, поиска течей и ликвидации кислорода с самих стенок сосуда, а также измерения самого вакуума.

Использованная литература

1. И. Б. Иссинский. Введение в физику ускорителей заряженных частиц. Курс лекций. Под редакцией к.ф.-м. н. А. Б. Кузнецова. УНЦ-2012-52. Дубна. 2012.

2. М. Васильев, К. Станюкович. В глубины неисчерпаемого. Атомиздат. 1975.

3. П. Т. Асташенков. Подвиг академика Курчатова. Знание. Москва. 1979.

4. А. А. Боровой. Как регистрируют частицы. Наука. 1981.

5. В. Н. Дубровский, Я. А. Смородинский, Е. Л. Сурков. Релятивистский мир. Наука. 1984.

6. М. Е. Левинштейн, Г. С. Симин. Барьеры. Наука. 1987.

7. Л. А. Ашкинази. Вакуум для науки. Наука. 1987.

8. И. К. Кикоин. Рассказы о физике и физиках. Наука. 1986.

9. Г. С. Воронов. Штурм термоядерной крепости. Наука. 1985.

10. В. Р. Полищук. Как исследуют вещества. Наука. 1989.

О РАЗНОВИДНОСТЯХ СИСТЕМ ИНЖЕКТИРОВАНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Алиев Ибратжон Хатамович

Студент 2 курса факультета математики-информатики Ферганского Государственного Университета; Генеральный директор OOO «Electron Laboratory»
OOO «Electron Laboratory», Узбекистан

Ферганский Государственный Университет, Узбекистан

Аннотация. Введение пучка в ускоритель – один из самых важных операций, но перед этим необходимо сгенерировать определённые пучки этих частиц, среди которых используются электроны, протоны, дейтроны и прочие ионы. Для генерации же электронов, используют электронные источники, действующие на термоэлектронной эмиссии. Обычный такой источник состоит из полого анода цилиндрической формы с отверстием по центру. Внутри такого анода находиться коническая катодная линза, в центре которой и находиться нагретый катод.

Ключевые слова: инжекционные системы, введение пучка, заряженные частицы, ускорители, термоэлектронная эмиссия.

Annotation. The introduction of a beam into an accelerator is one of the most important operations, but before that it is necessary to generate certain beams of these particles, among which electrons, protons, deuterons and other ions are used. To generate Auger electrons, electronic sources acting on thermionic emission are used. A typical such source consists of a hollow cylindrical anode with a hole in the center. Inside such an anode there is a conical cathode lens, in the center of which there is a heated cathode.

Keywords: injection systems, beam injection, charged particles, accelerators, thermionic emission.

На катод подаётся напряжение порядка 50—100 кВ, такое же напряжение подаётся на линзу, анод же заземлён. При нагреве катода внешние электроны атомов получают достаточную разность потенциалов чтобы изначально покинуть свою орбиту, а после преодолеть электронную «стену», образуемую из свободных электронов на краю кристаллической решётки проводника. Затем катодная линза создаёт дополнительное напряжение, заставляя поток электронов не распыляться, а направляться к щели. Через которую и выходит поток.

При этом важно получить потоки частиц с большими токами малого размера и малой угловой расходимостью, без лишних потерь. Катод для такого источника может быть либо прямого накала, который излучает электроны непосредственно нагреваясь до 2000—2500 градусов Цельсия из вольфрама, либо подогревающиеся, когда материал, обладающий высокой эмиссионной способностью, но низкой проводимостью, то есть не в виде спирали, разогревается расположенный внутри него специальной спиралью из иного материала.

Большая система инжектирования ускорителя ОИЯИ

Материал для катода в данном случае представляет собой вольфрам, оксиды, соединение борид-лантана и другие. Пучки имеют характеристики при выходе от десятка Ампер и сотен кэВ.

Говоря же о ионных источником, необходимо сказать, что ионы получаются при пропуске разряда в газе или парях самого вещества при малом давлении от 1 до 10—5 Па. Как это было не раз ранее упомянуто при описании вакуумных насосов, для ионизации эффективно применение магнитных полей. По итогу получается плазма, состоящая из электронов и ионов различной полярности, что позволяет разделить их при помощи всё того же магнитного поля, направив их туда электрическим. Так они разделяются и поступают в сам ускоритель.

И эти источники по своей необходимости должны генерировать большие токи для ионов, для проведения всё более эффективных экспериментов и работ с максимальными точностями.

Одним из разновидностей источников ионов является источник, действующий при помощи разряда Пеннинга или PIG-источник. Он основан на том принципе, что в металлическом изоляторе установлены два катода и перпендикулярно им два магнита, создающие магнитные поля. По середине их расположен анод с щелью, при том второй катод тоже имеет щель.

В камере достигается давление в 1-10⁻² Па, после чего на катоды подаётся напряжение 3—8 кВ, а анод заземлён. Это заставляет электроны покидать катод, направляться к аноду, но по пути ионизировать воздух, а ионы направляются к катоду вновь выбивая новые электроны, пока число ионов не увеличивается. Но в определённый момент начинает действовать новый электрод – сразу за щелью второго катода, который и начинает вытягивать эти ионы, поскольку и у анода есть щель. Затем следующий электрон их фокусирует и третий уже выводит из источника. Материал катода в конструкции либо титан, либо тантал.

При выделении самих ионов важным аспектом является увеличение их плотности на момент вывода из источника. Следующей моделью инжектора является устройство дуо-плазматрон. Этот источник действует таким образом, что в полости небольшого давления как в PIG-источнике, которых охлаждается внешне водяным охлаждением, расположен нагретый катод – источник электронов, который продолжает ионизировать среду. Но вместе с этим действуют внешние электрические и магнитные поля, магнитное поле – от внешних электромагнитов, электрические – от катода и капиллярного электрода под отрицательным потенциалом.

ВЧ-система инжектирования пучка

Также находиться за капилляром конической формы с небольшим зазором анод, притягивающий ионы. Важный аспект в том, чтобы при помощи электрических и магнитных полей создать максимальную концентрацию плазмы, при этом количество полезных ионов доходит до 90%. Токи же доходят от мА до А с максимально малой угловой расходимостью, всё из-за той же концентрации. Такие источники используются для получения самых различных ионов, чаще всего ионов водорода, дейтерия и гелия, соответственно получаются протоны, дейтроны и альфа-частицы. Потенциал направляться от импульсного трансформатора на электроды, с определёнными частотами и доходит до 600—700 кВ.

В любой среде имеются свободные электроны, которые поддаются воздействию как электрического, так и магнитного поля. При наличии электромагнитного ВЧ или высокочастотного поля, электроны могут получить достаточную энергию, чтобы ионизировать атомы среды, образуя плазму. Естественно, что будет появляться в этом случае ВЧ-разряд.

Имеется зависимость того, что мощность разряда пропорциональна концентрации электронов, что может быть соответствующим датчиком, а также пропорционален квадрату напряжённости электрического поля, что предсказуемо. Также имеется зависимость как от давления газа, так и от подаваемой частоты. Но поскольку здесь действуют частоты, имеет место предположить наличие некой частоты резонанса, и он достигается, когда частота ВЧ совпадает с частотой соударения электронов с молекулами, когда и достигается лучшее поглощение энергии и образование плазмы. В данном случае не нужен катод.

Устройство ВЧ-источника состоит в следующем. В колбе из кварца или пирекса, поверх которой намотана катушка, а в верхней части введён анод, на который подаётся постоянное напряжение. На катушку подаётся переменное напряжение, после чего появляется ВЧ кольцевой разряд, ограничиваемый взаимно перпендикулярными линиями магнитного и электрического поля.

Далее концентрация плазмы в полости увеличивается, затем начинает действовать напряжение на вытягивающем электроде, что приводит к выводу плазмы через небольшую щель, далее идёт фокусирующий электрод и наконец ускоряющий электрон. Подаваемая частота составляет десятки МГЦ, а напряжение на вытягивающем электроде 3—5 кВ. Ранее указываемое давление ныне должно быть около 1 Па с расходом 1—2 см³/ч. Потребляемая мощность ВЧ не велика и равна 100—200 Вт, с током генерируемых ионов в сотни мкА.

Следующий вид источников СВЧ-источники действуют как следующая стадия ВЧ-источников. Изначально, в небольшую полость вводят газ – на первую ступень с давлением порядка 0,1 Па. Затем в этот газ направляется поток электронов из обычного термоэлектронного источника, но эти электроны введены в резонанс на их ларморовской частоте. То есть электроны введены в магнитное поле и совершают вращение по силе Лоренца, равной центробежной силе (1.3).

Где уместно введение следующих преобразований (1.4).

Откуда можно вычислить ларморовскую частоту (1.5).

Из этого следует, что можно определить ларморовскую частоту для определённого магнитного поля, тем самым увеличивая энергию частиц. Таким образом слабые электроны увеличивают свою энергию, что позволяет ионизировать больше газа на первой ступени, соответственно вводя завихрения. Далее следует вторая ступень, на которую поступает уже колодная плазма с энергией 1 кэВ, предварительно откачивая ненужные остатки газа в 2 ступени.

На первой ступени до этого частота была порядка 16 ГГц. При этом холодная плазма диффундирует в обдирочную ступень. Далее эта плазма поступает на вторую ступень, где частота уже меньше и достигает 8 ГГц, но плазма там приобретает большую энергию, то есть там уже горячая плазма с энергией порядка 10 кэВ с давлением порядка 10—5 Па плазмы. Эта плазма находиться в небольшой ловушке, где уменьшается концентрация магнитного поля, то есть создаётся своеобразная граница, которую ионы и иные заряженные частицы покинуть не могут. Соответственно, в системе имеется свой вакуумный насос, система откачки и вывод порционно самой плазмы в ускоритель, то есть экстрактор.

Сами ловушки не только на конце, то есть на экстракторе, и в начале второй ступени, но также и между этапами первой ступени действуют и называются символично «пробка-трон». Эти ловушки представляют собой два магнитных зеркала, расположенные по краям блокирующей области, создавая поля соленоидов и мульти-полюсные поля, где нулевое поле расположено на самой оси ловушки. Такие источники называются благодаря использованию явления резонанса в циклическом вращении электрон-циклотронно-резонаторными источниками или ЭЦР-источниками, и как было показано имеют две стадии ионизации.

И если в первом имеется высокое давление 0,1 Па, то во втором плазма диффундирует и давление понижается до 10—5 Па. И ещё одной хорошей стороной ЭЦР-источника является получение многозарядных ионов. Даже не смотря на свои большие размеры и габариты, такие источники действительно обеспечивают большую степень ионизации и действуют на циклотронах с постоянными токами, хотя и ограничены большими импульсами этих током.

В результате, остаётся описать последний, лазерный источник ионов. Его принцип довольно прост и основывается на том, что мощный или точнее юстировочный лазер направляется через отражатель на лазер второго этапа, ярким примером такого лазера является карбонатный или CO₂-лазер. Излучение из карбонатного лазера отразившись от зеркало направляется на цилиндрическую мишень, и огромная концентрация энергии излучения, соответственно с использованием ряда оптических фокусирующих систем, приводит к образованию плазмы. К примеру, карбонатный лазер действует на диапазоне инфракрасного излучения – 10,6 мкм и этого вполне достаточно из-за высокой интенсивности.

Остаётся лишь вывести полученную плазму благодаря соленоиду и магнитным ловушкам, соответственно сфокусировав, а далее используя вывод, направить в сам ускоритель. Но при вводе самого газа, в структуре самой мишени используя и азот, не только кислород, для получения плазмы. При этом разряд соответственно поперечный, то есть образованное первоначальное излучение из первого лазера во вторичном лазере возбуждает свободные электроны, придавая им энергию, к примеру в молекулах азота, далее соударение молекул азота и карбоната приводит к заселению уровней и высвобождению новых электронов.

Таким образом на саму пластину подаётся импульс порядка 20 кВ, а давление в самой камере 10² Па, что можно считать одной из самых низких необходимых уровней вакуума среди источников. И чтобы убедиться в том, что энергия этого потока способна создать плазму, достаточно указать, что общая энергия, направленная на эту мишень, составляет 10 МВт и только небольшое пятнышко диаметром 0,5 мм направляется 10 Дж энергии. Соответственно, плотность энергии уже равняется 10⁸ Вт/мм², что приводит к испарению 10¹⁷ атомов.

По этой причине и происходит указанная ионизация и образуется электронно-ионная плазма, но из-за точечного облучения на мишени образуется кратер, с определённой концентрацией энергии, где и повышается плотность плазмы, что уже приводит к резкому выходу ионов и повышению самого выхода в несколько раз. К примеру, у нуклотрона при энергии 5 МэВ/нуклон, интенсивность составляет 1,5*10¹⁰ ионов углерода и 10⁹ ионов магния.

Использованная литература

1. Алиев И. Х., Шарофутдинов Ф. М. Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект «Электрон». Монография. Издательские решения. Ридеро. 2021. – 594 с.

2. Алиев И. Х. Программное моделирование явлений ядерных реакций на основе технологии создания множества данных с использованием системы алгоритмов на языке С++. Проект «Ядро-ЭВМ». Монография. Издательские решения. Ридеро. 2022. – 156 с.

3. Алиев И. Х. Новые параметры по ядерным реакциям для осуществления на ускорителе заряженных частиц типа ЛЦУ-ЭПД-300. Проект «Электрон». Монография. Издательские решения. Ридеро. 2022. – 498 с.

4. И. Б. Иссинский. Введение в физику ускорителей заряженных частиц. Курс лекций. Под редакцией к.ф.-м. н. А. Б. Кузнецова. УНЦ-2012-52. Дубна. 2012.

5. М. Васильев, К. Станюкович. В глубины неисчерпаемого. Атомиздат. 1975.

6. П. Т. Асташенков. Подвиг академика Курчатова. Знание. Москва. 1979.

7. А. А. Боровой. Как регистрируют частицы. Наука. 1981.

8. В. Н. Дубровский, Я. А. Смородинский, Е. Л. Сурков. Релятивистский мир. Наука. 1984.

THE POSSIBILITIES OF GENERATING TITANIC AMOUNTS OF ELECTRICAL ENERGY USING SEISMOLOGICAL FORCES. ВОЗМОЖНОСТИ ГЕНЕРАЦИИ ТИТАНИЧЕСКОГО КОЛИЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИХ СИЛ

Ergashev Abdurasul Abdualievich

Physics teacher of specialized school No. 21
Member of the Physics Department of the Electron Scientific School
Specialized School No. 21, Ferghana, Uzbekistan
OOO «Electron Laboratory», Scientific School «Electron», Uzbekistan
Эргашев Абдурасул Абдусолиевич
Учитель физики специализированной школы №21
Член физического отдела Научной школы «Электрон»
Специализированная школа №21, Фергана, Узбекистан

OOO «Electron Laboratory», Научная школа «Электрон», Узбекистан

Аннотация. Говоря же о землетрясениях и энергетике, возникает весьма интересный вопрос: «Можно ли получить энергию из землетрясения?». Отвечая на него важно учесть, что всё дело в Земле, она крайне нестабильна. Да, это действительно так и это фиксирует любой даже самый обычный датчик. Но возникает вопрос, можно ли каким-то образом возбуждать подобные колебания?

Ключевые слова: землетрясение, колебания, резонатор, сейсмология, генерация электрической энергии.

Annotation. Speaking about earthquakes and energy, a very interesting question arises: «Is it possible to get energy from an earthquake?». Answering it is important to take into account that it’s all about the Earth, it is extremely unstable. Yes, it really is and it captures any even the most ordinary sensor. But the question arises, is it possible to somehow excite such fluctuations?

Keywords: earthquake, vibrations, resonator, seismology, generation of electrical energy.

1 PART

This may seem like the ravings of a madman, but they can not only be excited, but also directed wherever you want. That is, the Earth is in oscillation, strong earthquakes are an example of strong fluctuations, and weak people simply do not notice, but they can be excited by getting into time with them.

For simplicity, let’s assume that such equipment really exists in reality and its action is explained by the author of this miracle himself, then the dialogue presented itself in a very surprising way:

– Yes, indeed it can be done, but the question is to catch and reproduce such fluctuations, of course, force does not matter here, but transmission does, and in order to transmit such power, you need to have not small masses.

It is these properties that unite the huge resonator. The depth of the mine is slightly higher than the ultra-deep well and is 11.5 kilometers deep, where the most accurate sensors that only exist on earth are located. Especially such proximity to the center, they detect any vibrations with great accuracy and transmit information to a large upper resonator.

The energy equivalent of the Richter scale

If you explain it simply, then this is a very large chop hammer, which can knock at very different frequencies. When it falls into time, with great precision, for which I used the most powerful computers and the most accurate electrical circuits, there is a resonance. Because of it, these vibrations form a real powerful earthquake on the lower layers!

If the listener were to descend with the author to the bottom of such a mine, then the «elevator» would descend more and more gaining speed, almost with the acceleration of free fall, and if you believe the author’s words, they were gaining 9.81 m/s with every second and were already closer to their descent to a depth of 11.5 km, which it took only 48.42 seconds, we were moving at a speed of 475 m/ s experiencing a wild overload, therefore, another problem is the need to create simply fantastic shock absorption systems.

At a certain level, the resonator itself comes personally. If you go down further, you will simply go out to the receiving devices on pieza elements, laser and oscillatory sensors, which as a whole form one common system. When the vibrations begin to resonate, they add up, and the earth begins to move, the entire mass of this huge resonator accepts these vibrations, it remains to add the force of a pair of electromagnets that give small additional shocks.

After all, as you know, it is quite easy to turn such large mass objects, but in order to better focus this force, it is transmitted to a number of medium-sized systems that begin to cause resonance in exactly the side where resonance needs to be given, in other directions, it is extinguished due to protruding spires, they take the vibrations on themselves and return back.

Graph of the Richter scale

A very interesting question is as follows:

– How much energy do you spend to carry out one earthquake?

– Energy sufficient for one hundredth part of this object with a radius of 400 meters and a length of 11 kilometers, that is, a volume of 5,526,400,000 cubic meters or for a part of 55,264,000 cubic meters and a mass of, surprisingly, the same tons, to oscillate 10 times per second, in the interval of 2 meters, because the amplitude is small significant. Thus, according to the kinetic energy formula, 1,105,280,000,000 joules or 1.1 TJ (Terra-joule) of energy or 307 GWh of energy, and for 4 resonators 4.4 TJ of energy or 1,288 TWh of energy, which is enough for the whole of Great Britain with its colonies.

– Where do you get so much energy from?

– My first small resonators helped me in this, later they were replaced by a large resonator, now the energy is spinning in a circle, so to speak.

– Another interesting question, where and how do the fluctuations go?

The answer lay in the next department. If you walk along the corridor, you can find yourself in the next huge hall, in the center of which there was a huge closed tank completely filled with silver liquid – mercury. There was a gigantic huge turbine in it, which only partially came to the surface and was better given out by its large pin leading to the ceiling. All this mass was rotating at a decent speed and here, on this entrance platform, these transmitted strong, but not frequent vibrations were already felt.

This tank is filled with a metallic-colored liquid, mercury, in which a huge turbine is immersed. The tank is closed with a glass wall so that the vapors do not escape outside. These vibrations from the resonator are transmitted just here. The tank itself is divided into 20 stages, the depth of each is 500 meters and a 500-meter turbine is immersed in each.

The turbines are diverted to the central generator system above the hall, those huge beams with gears from the lower stages. As soon as the first resonator is triggered, it amplifies the earthquake, the necessary bayonets, around the resonator, extinguish the earthquake in the wrong direction, and the rest of the resonator directs it towards this reservoir through the wall, and at an angle, this leads to a push of mercury, and it begins to move in a quarter circle, thereby starting to rotate the turbines.

The ratio of the Richter and Mercalli scales

Then the second resonator is triggered, then the third, fourth, and so these 4 resonators act in a circle. Mercury was chosen only for the reason that it has the highest density and does not splatter from speeds. Due to the fact that the depth of each tank is 500 meters, and the radius is 2 kilometers, it is located directly under the main building and the main control panel and generators of which are also installed in there. The volume of the entire tank with such parameters is 6,280,000,000 cubic meters, and taking into account the mercury density of 13,546 tons per cubic meter, the mass of mercury in one tank is 85,068,880,000 tons.

In one minute, 10 oscillation acts take place from each resonator, that is, 10 revolutions per minute are performed. The circumference is 12,560 meters, that is, the turnover rate is already 2,093.33 meters per second. That is, mercury has a kinetic energy of 186,387,212,908,287,716,000 Joules or 51.77 HT*h of energy, and if we consider that I have 20 such reservoirs, then the total energy generated will be 1,035.48 HT*h of energy, which is 1.5 times more than the entire planet Earth is consumed and exceeds the energy input 843.17 million times the input energy mentioned earlier!

Such data makes one wonder, but it really is. No one even close could imagine such huge values and was amazed that the owner of such a device was not only economically, but also energetically more powerful than any creature on the planet, because nothing could give out so much energy! Dynamite, bombs, other warheads, even the most powerful nuclear weapons could not even be compared or even compared with such power!

2 ЧАСТЬ

Это может казаться бредом сумасшедшего, но их можно не только возбуждать, но и направлять куда вам только вздумается. То есть Земля находится в колебании, примером сильных колебаний становятся сильные землетрясения, а слабые люди просто не замечают, но и их попадая им в такт можно возбудить.

Для простоты предположим, что действительно такое оборудование существует в реальности и его действие объясняет сам автор этого чуда, тогда диалог представился весьма удивительным образом:

– Да, действительно это можно осуществить, но стоит вопрос в том, чтобы поймать и воспроизвести подобные колебания, конечно, здесь не имеет значение сила, но имеет значение передача, а чтобы передать такую мощь, нужно обладать не малыми массами.

Именно эти свойства и объединяют огромный резонатор. Глубина шахты немного выше сверхглубокой скважины и составляют 11,5 километра в глубину, где находятся самые точные датчики, что только существуют на земле. Особенно такой близости к центру, они с огромной точностью определяют любые колебания и передают информацию на большой верхний резонатор.

Энергетический эквивалент шкалы Рихтера

Если объяснять просто, то это очень большой отбивной молоток, которые может стучать с самой разной частотой. Когда он впадает в такт, с огромной точностью, для чего я применил самые мощные компьютеры и точнейшие электрические схемы, возникает резонанс. Из-за него на нижних слоях эти колебания образуют настоящее мощнейшее землетрясение!

Если бы слушатель спускался бы с автором на дно такой шахты, то «лифт» спускался бы всё больше и больше набирая скорость, практически с ускорением свободного падения и если верить словам автора, то они с каждой секундой набирали 9,81 м/с и уже ближе к своему спуску на глубину в 11,5 км, на который ушло всего 48,42 секунды, двигались со скоростью 475 м/с испытывая дикую перегрузку, следовательно, ещё одной проблемой является необходимость создание просто фантастических систем амортизации.

На определённом уровне приходит лично сам резонатор. Если спускаться дальше, то просто выйдете к принимающим устройствам на пьеза-элементах, лазерных и колебательных датчиках, которые в целом образуют одну общую систему. Когда колебания начинают резонировать, они суммируются, и земля начинает двигаться, эти колебания принимает вся масса этого огромного резонатора, остаётся добавить силу пары электромагнитов, которые придают небольшие дополнительные толчки.

Ведь как известно, такие большие массовые объекты повернуть довольно легко, но, чтобы лучше фокусировать эту силу, она передаётся целому ряду средних систем, которые начинают вызывать резонанс именно в той стороне, где нужно придать резонанс, в других направлениях, он гасится благодаря торчащим шпилям, они принимают колебания на себя и возвращают обратно.

График шкалы Рихтера

Весьма интересный вопрос обстоит в следующем:

– Сколько же энергии вы тратите, чтобы осуществить одно землетрясение?

– Энергию, достаточную, чтобы одна сотая часть этого объекта с радиусом в 400 метров и длиной в 11 километров, то есть объёмом 5 526 400 000 кубометров или для части 55 264 000 кубометров и массой, что удивительно столько же тонн, колебался 10 раз в секунду, в промежутке 2 метров, ибо амплитуда мало значительна. Таким образом, по формуле кинетической энергии 1 105 280 000 000 Дж или 1,1 ТДж (Терра-джоуль) энергии или 307 ГВт*ч энергии, а для 4 резонаторов 4,4 ТДж энергии или 1,288 ТВт*ч энергии, чего достаточно для всей Великобритании с её колониями.

– Откуда же вы получаете столько энергии?

– В этом мне помогли мои первые малые резонаторы, позже они были заменены большим резонатором, теперь энергия крутится по кругу, так сказать.

– Ещё один интересный вопрос, куда и как направляются колебания?

Ответ же крылся в соседнем отделении. Если пройти по коридору, то можно оказаться в соседнем огромном зале, по центру которого был огромный закрытый резервуар, полностью наполненный серебряной жидкостью – ртутью. В нём была исполинских размеров огромная турбина, которая лишь отчасти выходила на поверхность и лучше её выдавал её большой штырь, ведущий в потолок. Вся эта масса вращалась на приличной скорости и здесь, на этой входной площадке уже ощущались эти передаваемые сильные, но не частые колебания.

Этот резервуар наполнен жидкостью металлического цвета, это ртуть, в который погружена огромная турбина. Резервуар закрыт стеклянной стеной, чтобы пары не выходили наружу. Эти колебания от резонатора передаются как раз сюда. Сам резервуар разделён на 20 ступеней, глубина каждого 500 метров и в каждый погружена 500-метровая турбина.

Турбины отводятся к центральной системе генераторов над залом, те огромные балки с шестернями от нижних ступеней. Как только срабатывает первый резонатор, он усиливает землетрясение, нужные штыки, вокруг резонатора, гасят землетрясение в ненужном направлении, а остальные резонатор направляет именно в сторону этого резервуара через стену, причём под углом, это приводит к толчку ртути, и она начинает движение по четверти круга, тем самым начиная вращать турбины.

Соотношение шкалы Рихтера и Меркалли

Затем срабатывает второй резонатор, затем третий, четвёртый и так по кругу действуют эти 4 резонатора. Выбрана ртуть только по той причине, что она имеет самую большую плотность и не расплещется от скоростей. Из-за того, что глубина каждого резервуара 500 метров, а радиус равен 2 километрам, то он находится прямо под основным зданием и главный пульт управления и генераторы которого установлены тоже в там. Объём всего резервуара с такими параметрами составляет 6 280 000 000 кубических метров, а при учёте плотности ртути в 13,546 тонн в кубометре, то масса ртути в одном резервуаре составляет 85 068 880 000 тонны.

За одну минуту проходит 10 актов колебаний от каждого резонатора, то есть совершается 10 оборотов в минуту. Длина окружности составляет 12 560 метров, то есть скорость оборота уже составляет 2 093,33 метров в секунду. То есть ртуть имеет кинетическую энергию в 186 387 212 908 287 716 000 Джоуль или 51,77 ПВт*ч энергии, а если учесть, что у меня 20 таких резервуаров, то общая генерируемая энергия составит 1 035,48 ПВт*ч энергии, что в 1,5 раза больше, чем потребляется вся планета Земля и превышает вводимую энергию 843,17 миллиона раз превышает вводную энергию, о которой говорилось ранее!

Такие данные заставляют удивляться, но это действительно так. Никто даже близко рядом не мог представить такие огромные значения и был поражён тем, что владелец такого устройства не только экономически, но и энергетически был могущественнее любого существа на планете, ибо ничто не могло выдать столько энергии! Динамит, бомбы, иные боеголовки, даже самое мощное ядерное оружие даже близко не могло сравниться или вообще ставится в сравнение с таким могуществом!

Used literature

1. Aliyev I. H. Scientist and judge. Publishing solutions. Ridero. 2022. – 124 p.

2. Amankulov T. K. Foci of strong earthquakes in Central Asia – Bishkek, 1991. – 251 p.

3. Arefyev S. S., Tatevosyan R. E., Aptekman Zh. Ya., etc. The study of focal zones of strong earthquakes // United Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences.– Moscow.

4. Gordeev E. I., Gusev A. A… Levina V. I. et al. Crustal seismicity of Kamchatka // Complex seismological and geophysical studies of Kamchatka. Petropavlovsk-Kamchatsky, 2004. pp. 62—74.

5. Gorshkov G. P. About the earthquake source. // Vestn. MSU, ser. 4, Geology, 1983, No. 2, pp. 3—14.

6. Ermakov V. A. Tectonic prerequisites for studying the seismicity of Kamchatka // Seismicity and seismic zoning of Northern Eurasia. Issue 1. 1993. pp. 228—239.

7. Kozhurin A. I. Kuril-Kamchatka island-arc system // Neotectonics and modern geodynamics of mobile belts. Moscow: Nauka, 1988. pp. 67—115.

8. Kozhurin A. I., Ponomareva V. V., Melekessev I. V., etc. Extra-subduction seismicity of Kamchatka: the first paleoseismological data for the East Kamchatka fault zone // Relationship between tectonics, seismicity, magma formation and volcanic eruptions in volcanoes. arcs. Petropavlovsk-Kamchatsky, 2004. pp. 101—102.

9. Kurskeev A. K. Earthquakes and seismic safety of Kazakhstan. Almaty, 2004.– 504 p.

10. Kurskeev A. K., Ospanov A. B., Timush A.V., Shatsilov V. I. Earthquake forecasting in Kazakhstan. – Almaty: Evero, 2000.– 316 p.

Использованная литература

1. Алиев И. Х. Учёный и судья. Издательские решения. Ридеро. 2022. – 124 с.

2. Аманкулов Т. К. Очаги сильных землетрясений Средней Азии – Бишкек, 1991. – 251 с.

3. Арефьев С. С., Татевосян Р. Э., Аптекман Ж. Я., и др. Изучение очаговых зон сильных землетрясений // Объединенный институт физики Земли РАН.– Москва.

4. Гордеев Е. И., Гусев А. А.. Левина В. И. и др. Коровая сейсмичность Камчатки // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. Петропавловск-Камчатский, 2004. С. 62—74.

5. Горшков Г. П. Об очаге землетрясения. // Вестн. МГУ, сер. 4, Геология, 1983, №2, с. 3—14.

6. Ермаков В. А. Тектонические предпосылки изучения сейсмичности Камчатки // Сейсмичность и сейсмическое районирование Северной Евразии. Вып. 1. 1993. С. 228—239.

7. Кожурин А. И. Курило-Камчатская островодужная система // Неотектоника и современная геодинамика подвижных поясов. М.: Наука, 1988. С. 67—115.

8. Кожурин А. И., Пономарева В. В., Мелекесцев И. В. и др. Внесубдукционная сейсмичность Камчатки: первые палеосейсмологические данные для Восточно-Камчатской зоны разломов // Взаимосвязь между тектоникой, сейсмичностью, магмообразованием и извержениями вулканов в вулк. дугах. Петропавловск-Камчатский, 2004. С. 101—102.

9. Курскеев А. К. Землетрясения и сейсмическая безопасность Казахстана. Алматы, 2004.– 504 с.

10. Курскеев А. К., Оспанов А. Б., Тимуш А. В., Шацилов В. И. Прогнозирование землетрясений в Казахстане. – Алматы: Эверо, 2000.– 316 с.

РАЗВИТИЕ ВАКУУМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Каримов Боходир Хошимович

Кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета; Научный руководитель OOO «Electron Laboratory»
Алиев Ибратжон Хатамович
Студент 2 курса факультета математики-информатики Ферганского Государственного Университета; Генеральный директор OOO «Electron Laboratory»
OOO «Electron Laboratory», Узбекистан

Ферганский Государственный Университет, Узбекистан

Аннотация. Поскольку изначальная логика исследования мельчайших частиц основана на принципе их разбиения, либо оказания какого-либо более сильного взаимодействия, возникает необходимость в ускорении определённой имеющей заряд частицы, откуда и появляется первая модель электростатического ускорителя, представляющий собой источник заряженных частиц напротив заземления, где создаётся разность потенциалов в вакуумном сосуде.

Ключевые слова: вакуумные технологии, ускорители заряженных частиц, ионы, атомы, инжектирование.

Annotation. Since the initial logic of the study of the smallest particles is based on the principle of splitting them, or providing some stronger interaction, there is a need to accelerate a certain charged particle, from which the first model of an electrostatic accelerator appears, which is a source of charged particles opposite the grounding, where a potential difference is created in a vacuum vessel.

Keywords: vacuum technologies, charged particle accelerators, ions, atoms, injection.

Кинетическая энергия пучков испускаемых частиц, определяется по (1).

При расчёте (1), важно также учитывать фактор наличия количества заряда в одной частице, к примеру, если у электрона имеется всего один элементарный заряд, то у альфа-частицы или ядра гелия их 2, а у иона алюминия – 13, данное число умножается на общий заряд, откуда и получается общая кинетическая энергия.

Яркими примерами, подобных ускорителей являются ускорители Ван-де-Граафа, подробное их рассмотрение будет в последующих лекциях. Важно лишь указать, что кинетическая энергия не измеряется в Джоулях, а в специальных единицах – электронвольтах (эВ), которая равна 1,6*10—19 Дж с производными в кэВ, МэВ, ГэВ, ТэВ. На электростатическом ускорителе максимальная энергия, которую можно получить для частиц равна 10 МэВ, при дальнейшем увеличении, наблюдается пробой между электродами, при котором невозможно проводить ускорение.

Компьютеризированная вакуумная установка с возможностью программирования

Рассматривая все виды ускорителей, можно разделить их на 3 большие группы, один из которых, ранее рассмотренные высоковольтные ускорители. Следующий вид ускорителей – резонансные.

В группу резонансных ускорителей заряженных частиц входят линейные и циклические ускорители. Если же останавливаться на линейных, то это ускорители, которые используют различные способы, наряду с увеличением числа электронов на пути ускоряющего пучка, с не критическим напряжением на них, что предотвращает факт пробоя, но позволяет ускорять частицу. Поскольку направление ускорения прямая, это и дало название этой разновидности ускорителей, благодаря чему можно догадываться о форме циклических ускорителей.

Классическая вакуумная установка

Циклические ускорители имеют много разновидностей, но с целью уменьшения масштабов самого устройства в одних разновидностях ускоряют пучки частиц при их движении по спирали из одной точки в двумерной плоскости, всё приближая к выходу из ускорителя. А при автофазировке или удержании на одной круговой траектории, не позволяя частице увеличивать её радиус и лишь в конце выводя из этого круга, выводящими электромагнитами.

Но циклические ускорители также должны увеличиваться свои размеры, поскольку удержать частицы с критическими энергиями и поворачивать их под нужным углом крайне сложный процесс, с которым справляются лишь редкие магниты. К примеру, самый мощный магнит на момент 1981 года имел вектор магнитной индукции в 10 Тл, а сегодня целый 32 Тл и даже при такой результате диаметр БАК почти 8,5 км, с общей длиной 26,7 км.

Конструкции же как этих циклических ускорителей, первый которых именуется циклотроном, а второй синхротроном также будут подробно рассмотрены в последующих лекциях, но важно одно, что ни линейный ускоритель, ни циклотрон и ни синхротрон, не могут функционировать без наличия вакуума. Ни в одном из них частицы не смогут ускоряться, поскольку будут слишком быстро поглощаться окружающей средой, или просто будут приводить к ионизации внешних газов.

Перед переходом к подробному изучению этого вакуумного вопроса, остановимся и на третьем виде ускорителей – индукционном. Этот вид ускорителей является смесью линейных и циклических ускорителей, а как известно, при соединении двух видов движения на двумерной плоскости, в трёхмерном получается нечто изящное, а именно трёхмерная спираль, по которой и передвигаются частицы под действием различных вектором магнитного поля.

Современный вид вакуумной установки

Такой вид ускорителей действительно редкий и применяется крайне мало, хотя является одним из основных при проведении термоядерных реакции и работе с плазмой, ионами. Но и этот ускоритель не может обойтись без вакуума. Ровно также как при действии любого ускорителя заряженных частиц, будь это по своей разновидности электростатический, резонансный или индукционный ускоритель, возникает радиация или ионизующее излучение.

Сами по себе частицы невозможно удержать полностью на определённой траектории из-за того, что невозможно создать идеальное магнитное поле, благодаря наличию ряда факторов, этот вопрос также будет рассмотрен в дальнейшем, в лекции посвящённой фокусировке частиц в ускорителе, но говоря кратко, частицы всё равно будут покидать пределы, сталкиваться о стенки ускорителя, в основном некоторая часть и приводить к образованию различных видов и потоков частиц, в том числе и не редких гамма-квантов.

Вместе с этим это наблюдается и при проведении ядерных реакций на мишенях, встречных пучках и прочих экспериментах. Наконец же, переходя к вакуумным технологиям, то ясен факт того, что это среда существования элементарных частиц. В обычном состоянии, при комнатной температуре и атмосферном давлении, измеряемое в Паскалях и равное 101 325 Па, частицы поглотятся уже через 6*10—5 мм, то есть это и есть средняя их длина свободного пробега.

Из этого ясно, что давление измеряется в Паскалях (Па) и для ускорителей представляется уже в порядках. Для начала имея такие соотношения, что некоторые производные единицы как 1 мм. рт. ст. или 1 Торр равняется 133 Па, 1 бар равняется 10⁵ Па, можно сказать, что при давлении в 10—4 Па, что получить не сложно при современном оборудовании, длина свободного пробега становиться равной примерно 60 м, что уже не плохо, но для современных ускорителей заряженных частиц, необходимо наличие вакуума порядка 10⁻⁸-10⁻⁹ Па.

Возникает вполне уместный вопрос о получении такого уровня вакуума, откуда и зарождается современная вакуумная технология. Такое давление достигается поэтапно, с соединением поочерёдно нескольких насосов разного типа, среди которых первым является форвакуумный насос, имеющий две разновидности – адсорбционный или механический.

Как адсорбционный, так и механический довольно просты по своему принципу действия. В первом случае циркулирует адсорбент, это либо активированный уголь, либо цеолит – природный материал на основе соединения кремния и алюминия, которые довольно хорошо и быстро окисляются, вбирая в себя воздух. После поглощения им воздуха он откачивается снова, при помощи обычного насоса и нагревается, уже выводя из себя кислород наружу, а после вновь вступает в этот замкнутый круг, совершая этот оборот сотни раз, при этом сам имя температуру жидкого азота в 77 К. Также при этом он предварительно очищен от наличия любых газов. При этом достигается вакуум первого порядка равный 0,1 Па.

Но более распространён именно механический тип, который также именуется роторным масляным насосом. По своему принципу он гораздо проще и представляет собой ряд из специальных турбин с небольшими щелями между лопастями, а также особым изгибом. Это позволяет с большей силой вбирать воздух и прочие, обычным вращением достигая того же 0,1 Па.

Для достижения следующего же этапа вакуумирования уже необходимо использовать насос следующего класса, это диффузионный или паромасляной насос. В нём содержится ёмкость с соплом на дне которого налито масло, а под ним печь. Достигая кипения, масло вылетает из сопла через тонкие щели с большим напором, поступая в сосуд, соединённый с вакуумной камерой, где и должен быть вакуум. Вылетающие под большим напором пары масла уносят с собой поступающие молекулы воздуха, а из-за образующейся разности давлений туда поступает весь воздух из ускорителя, словно в воронку или щель.

Из-за того, что температура масляного пара с кислородом высока, она быстро конденсируется на так называемой «рубашке», которая регулярно охлаждается циркулирующей водой с внешней стороны, в большей полости диффузионного насоса, откуда стекает по специальному каналу, соединённому уже с форвакуумным насосом. Там масло отделяется от кислорода и вновь поступает в первую полость. Так происходит второй оборот, уносящий воздух.

При этом поглощение кислородом больше, из-за диффузии, благодаря чему этот вид насосов так и называется и может обеспечивать вакуум до 10—5 Па.

Следующим же этапом на пути создания высокого вакуума стоит турбомолекулярный насос, который может обеспечить вакуум в крайне широком диапазоне от 10—1 Па до почти 10—7 Па. Он основан на том, что это обычный ротор с косыми прорезями, между которыми есть неподвижные пропускные диски. При очень быстром вращении – десятки тысяч в минуту, создаётся достаточно сильное давление для всасывания огромного количества воздуха, при этом его преимущество, при решении проблем с подшипниками основан как раз на отсутствии масла.

Очередной вид насоса, а именно сублимационный основан почти на таком же принципе, что и адсорбционный форвакуумный насос, но в данном случае нагревается некое вещество, а именно сорбент или геттер, как его ещё называют, который входя в полость насоса, подключённый к ускорителю, начинает активно поглощать воздух. Существует большое количество среди подобных химических соединений прекрасно поглощающие кислород, но самым лучшим является титан, который испаряется на титановом испаритель или титановом сублимате, который состоит из вольфрамового нагревателя с обмотанной титановой проволокой, который также выводиться, а проволока обычно редко обновляется. Достигаемый вакуум при действии данного насоса варьируется от 10—5 до 10—10 Па.

Одним из самых распространённых и эффективных является магнитно-разрядный насос, который комбинирует два эффекта. По обе стороны этого насоса установлены электромагниты, а перед ними катод и анод. Как только электроны под действием термоэлектронной эмиссии, или точнее получения разности потенциалов между катодом и анодом получают кинетическую энергию покидая катод и направляются к аноду, магнитное поле их закручивает по спирали, что приводит к ионизации кислорода, а ионы уже управляемы и они направляются к катоду. Поскольку катод изготовлен из титана, то при его бомбардировке вылетают ионы катода, которые соединяются с кислородом, подобно принципу сублимационного насоса. Таким образом, достигается вакуум порядка от 10—1 Па, то есть от конечного уровня форвакуумного насоса до 10—8 Па, что уже равно уровню вакуума в ускорителях.

Когда же каждый из существующих насосов, вне некоторых редких или экспериментальных моделей, разобран, необходимо остановиться на таких моментах, как расчёты относительно откачки, описание вакуумных соединений с разъёмами, поскольку число таковых в ускорителях крайне немало, а на следующей лекции мы подробно остановимся на принципах измерения уровня высокого вакуума.

Обычно у любого вакуумного насоса имеются свои параметры, к которым относится и скорость откачки, определяемая по особым характеристикам, но в общем смысле сама скорость откачки определяется по (2).

К примеру, у форвакуумного адсорбционного насоса такой характеристикой является скорость поглощения абсорбентом определённой порции или объёма кислорода, его переход и время для нагрева с очищением от газов и обратного поступления. Таким образом при суммировании, можно получить скорость откачки для абсорбционного форвакуумного насоса.

Для механического форвакуумного насоса этот показатель определяется несколько иначе, но общим является для всех видов вакуумных насосов то, что для измерения скорости откачки, вместо подробных расчётов и детализации, подключить к общему известному объёму, а также измеряя вакуум при помощи манометра и некоторых других измеряющих устройств определить время достижения нужного уровня вакуума. При этом важно отметить, что при первом вакуумировании ускорителя уходит крайне большое количество времени.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.